Ölschalter - Aus den Anfängen unserer Elektrizitätsversorgung

Unser 3-kV-Ölschalter, ehemals im Einsatz beim Elektrizitätswerk Wanfried von Scharfenberg KG, ist mit 120 Jahren "Lebens"-Jahren unser ältester Mittelspannungsschalter 

Die Hochspannungstechnik entwickelte sich – wie dies bei der gesamten Technik der Fall war – rein empirisch. So wurden zunächst die einfachen Hebelschalter beibehalten, die sich in Niederspannungsanlagen gut bewährt hatten. Und dies obwohl die Betriebsspannungen immer mehr anwuchsen und bald die 1000-V-Grenze überschritten. Charles L. Brown, Mitgründer der damaligen BBC, welche zusammen mit ASEA die heutige ABB ist, schlug angesichts der ständig wachsenden Spannungen und Ströme und somit der Kurzschlussleistungen vor, den Hebelschalter in vergleichsweise wenig veränderter Form in einen mit Öl gefüllten Kasten einzubauen.

Hierdurch und mit weiteren Verbesserungen  gelang es, die Abschaltleistung der bisherigen Konstruktionen um Größenordnungen zu erhöhen. So wurden im Laufe von gut drei Jahrzehnten in Deutschland auch Höchstspannungsnetze mit 220 kV mit Dreikessel-Ölschaltern ausgerüstet. Leider kam es aber in der Zeit vor und nach dem ersten Weltkrieg auch zu zahlreichen schweren Schalterversagen aus unterschiedlichen Gründen, worauf wir weiter unten eingehen.

Entwickelt kurz vor Ende des 19. Jahrhunderts hat das Prinzip des links abgebildeten, aus den Anfängen um 1900 stammend, auch Kurzschlüsse abschaltende Leistungsschalter durch ständige Weiterentwicklung etwa 30 Jahre später bis zu Spannungen von 220 kV existiert und wurde noch nach dem 2. Weltkrieg verwendet. Öl ist nicht nur ein hervorragender Isolator, wie man bis heute bei Transformatoren sieht, sondern auch ein gutes Mittel zum Löschen des Lichtbogens beim Ausschaltvorgang. Durch die Verdampfung von Öl wird dem Lichtbogen in wenigen Hundertstelsekunden so viel Energie entzogen, dass in einem der Kontakttrennung folgenden natürlichen Nulldurchgang des Wechselstromes die zugeführte Leistung für das Weiterbestehen des Lichtbogens schließlich nicht mehr ausreicht. Dieses Löschsystem liegt auch dem ältesten TMK-Ausstellungsstück der Elektrotechnik zugrunde, der noch keine Löschkammern hatte.

Da das Löschmittel Öl in reichlicher Menge im Schalter zur Verfügung stand, ließen sich im Mittelspannungsbereich schon mit einfachen Druckkontakten beträchtliche Ausschaltleistungen erreichen und besondere Löschkammern waren noch nicht notwendig. So betrug die Nennausschaltleistung des ergänzend zum TMK-Ausstellungsstück rechts/oben abgebildeten Rundkessel-Ölschalters für 10 kV bei einem Nennstrom von 400 oder 600 A beachtliche 250 MVA. Für Spannungen höher 50 kV wurden die Schalter als sogenannte Dreikesselschalter ausgeführt, jeder Strang des Dreiphasen-Drehstromsystems hatte seinen eigenen Ölkessel und eine Doppelunterbrechung des Stromes. Eine vorläufige obere Grenze war noch zwei Jahre vor dem ersten Weltkrieg mit dem Bau von 100-kV-Ölschaltern erreicht.

Eingebaute Vorstufenwiderstände sorgten sowohl bei der Ein- wie der Ausschaltung für eine Begrenzung der Ströme. Bei mechanischer Hemmung der Schaltertraverse wurden sie allerdings länger von Strom durchflossen und verursachten Schäden. Die Schalterdimensionen selbst wuchsen beständig an und führten bei 220 kV zu Ölmengen von 60 t.

Die Schaltanlage links/oben zeigt eine historische Schaltanlage mit Ölkesselschaltern am Wilson Dam,  Tennessee River, in den USA in 1942

Weiterentwicklungen führten zwar zu einer deutlichen Verkleinerung, dennoch blieb ein ganz erhebliches Manko:
Das Schalteröl ist zwar ein hervorragendes nichtleitendes Isoliermittel, aber wie alle Öle leider auch brennbar. So kam es in den Jahren der Nutzung des Ölschalters immer wieder zu einem Versagen unterschiedlichster Art und beklagenswerten Schäden an Menschen, Anlage und Gebäuden.

Und daher wurde weltweit nach Alternativen gesucht, die die AEG 1926 in einem nicht brennbarem Medium fand, der Luft. Und dies ermöglichte eine völlig neue Schalterentwicklung und -produktion, zunächst in Berlin und nach dem 2. Weltkrieg in Kassel: Die Druckgasschalter, ursprünglich "Preßluftschalter" genannt.

Text und Bild oben: Wolfgang Dünkel, TMK

Quellen und Bild mitte rechts: AEG Mitteilungen 47 Hochspannungs-Schaltgeräte, Berlin, 7/8-1957 und AEG Mitteilungen 51 Hochspannungs-Schaltgeräte u. Anlagen, Berlin, 9/10-1961

Bild unten links: Amerikanische Bundesregierung oder eines ihrer Organe, gemeinfrei, Wikipedia 

(last update 07.03.2021)

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(last update 09.10.2020)

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